Лаб3_v.1.pdf (бересневич) будет обновляться - с

Лабораторная работа №1

Расчетный метод проверки эффективности защиты помещения от несанкционированного прослушивания речевой информации

1 Цель работы

–найти возможные каналы утечки информации в защищаемом помещении.

–получить практические навыки проверки эффективности защиты помещения от несанкционированного прослушивания речевой информации с помощью расчетного метода.

2 Теоретическая часть

Качество речи оцениваются ее разборчивостью, представляющей собой статическую характеристику речи, принимаемой на фоне шумов.

Разборчивостью речи называют относительное или процентное количество правильно принятых слушателями элементов речи из общего числа переданных. Элементы речи – это слоги, звуки, слова, фразы (команды), цифры. Соответственно этому различают слоговую, звуковую, словесную, смысловую и цифровую разборчивость.

Остаточная разборчивость – это процентное отношение количества правильно принятых слов (или фраз) при их утечке по акустическому каналу к количеству произнесенных в защищаемом помещении в случае применения пассивной или активной защиты речевой информации.

Информация речевая – информация, представляемая акустическими сигналами, источниками которых является человеческая речь.

Защищаемое помещение – помещение, обеспеченное средствами пассивной и активной защиты от утечки речевой информации.

Акустический канал – канал утечки речевой информации через газовую или жидкую среду. Акустическое отношение – отношение квадрата звукового давления отраженных звуков к

квадрату звукового давления прямого звука в помещении. (Прямой звук – звук, излучаемый источником и свободно распространяющийся до момента его отражения от какой-либо преграды).

Шум маскирующий – широкополосный шумовой сигнал, накладывающийся на речевой сигнал и повышающий порог слышимости последнего.

Критические зоны помещения – области ограждающих конструкций (оконные и дверные проемы, вентиляционные шахты, точки ввода и вывода отопительных, канализационных сетей и сетей водоснабжения и т.п.), где наиболее вероятна установка технических средств несанкционированного прослушивания речевой информации.

Расчетный метод проверки эффективности защиты помещения от несанкционированного прослушивания речевой информации следует применять на стадии проектирования защищенного помещения или при значительном переоборудовании существующего помещения. В этом случае необходимо выполнить расчеты, приводимые ниже. По результатам расчетов составить отчет расчетной проверки, служащий исходным материалом для последующего проектирования.

Существенное влияние на разборчивость речи оказывают акустические параметры помещения, в котором произносится речь: объем помещения, площадь ограждающих его поверхностей (стен, потолка, пола, дверей, окон), коэффициент поглощения звука материалом ограждающих поверхностей, время реверберации и акустическое отношение для данного помещения.

Время реверберации. Любой звуковой сигнал создает в замкнутом помещении звуковое поле. Это происходит в результате многократных отражений звуковых волн распространяющихся внутри помещения от граничных поверхностей.

Если в помещении воспроизвести одиночный звуковой сигнал (включить, а затем выключить источник звука), то звуковое поле от этого сигнала «останется» в помещении, даже после того как источник звука будет выключен. Со временем, такое звуковое поле будет постепенно «затухать», в основном, за счет поглощения звуковой энергии материалами, использованными для отделки

1

граничных поверхностей. Скорость угасания звуковой энергии будет определяться звукопоглощающими характеристиками отделочных материалов и объемом помещения.

Упрощенно, время реверберации это время, за которое энергия звукового поля уменьшается в один миллион раз, после выключения источника звука в помещении. Или, переходя на научный язык, время, за которое уровень звукового давления в помещении уменьшается на 60 дБ (децибел) по сравнению со своей исходной величиной.

3 Практическая часть

3.1 Определение количественных значений акустических параметров защищаемого помещения

Оптимальное время реверберации Топт (для V >10 м3) определяется по формуле:

Tопт 0,3lgV 0,05

(3.1)

где V – свободный объем помещения (в расчетах Vсв.)

Фактическое время реверберации Т в данном помещении измерять по методике ГОСТ 2641785 или определить по формуле:

	T		0,163V	(3.2)
		(S	( ) 4mV )

где ( ) ln(1 ср ) – реверберационный коэффициент поглощения;

m – коэффициент, м-1, учитывающий поглощение звука в воздухе и зависящий от температуры и относительной влажности воздуха в помещении (данные приведены в таблице 2). На частотах выше 1000 Гц необходимо учитывать коэффициент m, так как существенное значение имеет поглощение звука в воздушном объеме помещения.

Здесь αср – средний коэффициент поглощения, определяемый поглощающими свойствами ограждающих помещение поверхностей и предметов его интерьера. Величину αср рассчитывать по формуле:

k	n
cp ( ai Si	a j N j ) / S	(3.3)
i 1	j 1

где αi – коэффициент поглощения i-ой поверхности внутри помещения;

Si – площадь i-ой поверхности; k – количество видов поглощающих поверхностей; αj – коэффициент поглощения j-ого предмета интерьера;

n – общее количество предметов интерьера и работников в помещении. Значения αi и αj взять из справочной таблицы (см. таблицу 3).

Примечание. Расчет αср проводить последовательно на следующих октавных частотах акустического сигнала: 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. Если в помещении находится определенное число слушателей, то площадь занятая сидящими слушателями, исключается из площади свободного пола помещения, а поглощение звука, обусловленного наличием слушателей, определяется формулой 3.3.

Если фактическое время реверберации (Т) отличается от оптимального (Топт) не более чем на ±10%, то акустические параметры данного помещения для распространения в нем речевого сигнала можно считать удовлетворительными. В противном случае нужно изменить материал поглощающих поверхностей помещения.

Дополнительную эквивалентную площадь поглощения Адоп определить по формуле:

Aдоп Aтр Aф

(3.4)

где Aтр - требуемая эквивалентная площадь поглощения в данном помещении для достижения

оптимального времени реверберации, равная:
Aтр тр S ,	(3.5)

2

Qмакс

			0,163 4mT V		(3.6)
		1 exp
	тр		S Tопт

где Aф – фактическая эквивалентная площадь поглощения звука в данном помещении.

Aф ср S

(3.7)

3.2 Определение уровней речевого сигнала в защищаемом помещении

Требуемый уровень звукового поля принять равным:

Nтр= 70…74,дБ, (3.8)

Что соответствует нормальной речи на расстоянии 0,5…1 м. При этом неравномерность акустического поля для уровней прямого звука принять из условия: ∆Nпр= ±4 дБ.

Примечание. Если в помещении предусмотрено устройство звукоусиления, то за величину требуемого уровня звукового поля принять уровень сигнала, излучаемый громкоговорителем на его оси на расстоянии одного метра от громкоговорителя и достаточный для озвучивания данного помещения.

Принять среднее значение акустического отношения Qср при котором достигается высокий уровень разборчивости речи внутри помещения. В этом случае акустическое отношение должно быть в пределах от Qмин = 0,4…1,0 до Qмакс = 3,0…4,0. Тогда

	Qср	p2
			д			(3.9)
		p2
			1
где p1 – величина звукового давления прямого звука.
p1	p010		0,05Nòð			(3.10)
					,
где p0– 2 10-5 Па – пороговая величина звукового давления;
pд2 – звуковое давление диффузного звука (Па), квадрат которого равен:

	16 p2 (1					)
p2		1			тр					(3.11)
д		тр S
Определить уровни поля прямого звука речевого сигнала и диффузного звука,возникающего
за счет отражения от ограждающих поверхностей, из следующих выражений:
Nпр.ср. Nтр 10lg(1 Qср )										(3.12)
Nпр.мин Nтр				Nпр						(3.13)
Nд Nтр		10lg	(1 Qср )							(3.14)
				Qср

где Nпр ср – средний уровень прямого звука, дБ;

Nпр мин – минимальное значение уровня прямого звука, дБ; Nд – уровень поля диффузного звука, дБ.

Определить пределы изменения акустического отношения по формулам:

Qмин Qср10 0,1 Nпр

Qмакс Qср100,1 Nпр

(3.15)

(3.16)

Полученные значения Qмин и Qмакс должны быть в пределах:

Qмин = 0,4…1,0; = 3,0…4,0.

В противном случае необходимо изменить величину Qср.

Примечание. Величина акустического отношения влияет на разборчивость речи внутри помещения, поэтому при значительном выходе ее за пределы следует изменить материал поглощающих поверхностей помещения.

Определить требуемую акустическую мощность Pa которая должна излучаться для обеспечения высокой разборчивости речевого сигнала в помещении:

3

	Pa			P'
				a		,		(3.17)
	(1				тр )
где Pa’ – часть мощного речевого сигнала, расходуемая на создание диффузного поля с
уровнем Nд, равная:
P'	0,25A			10(0,1Nд 12)			,	(3.18)
a		тр

Акустическая мощность речевого сигнала:

		4 p2
P		1	, Вт	(3.19)
a. pc		pc

где pc – волновое акустическое сопротивление воздуха (pc = 412кг/м2с);

Ω – коэффициент осевой концентрации источника звука (для речевого сигнала Ω = 1,2).

Если величина Pa.pc окажется меньше требуемой акустической мощности Pa более чем на 10%, то для обеспечения требуемого уровня разборчивости речи внутри помещения применить усиление мощности речевого сигнала до величины Pa. В этом случае определить значение p2 – звукового давления, развиваемого применяемым излучателем звука на расстоянии 1 м от его центра (по ТУ на излучатель, используемый для усиления звука), или измерить p2 по методике ГОСТ 16122-87 и все расчеты производить с учетом этой величины звукового давления.

3.3 Определение уровней речевого сигнала в критических зонах защищаемого помещения

Установить места расположения критических зон защищаемого помещения, их размеры (площадь) и минимальные расстояния от точки произношения речи до контура критической зоны. Минимальное расстояние rmin определить с помощью непосредственного измерения с точностью ±5% или отсчетом расстояний по чертежу (плану) помещения, или расчетом по геометрическим построениям.

Измерить величину звукового давления в точке звукового поля, соответствующей минимальному расстоянию до критической зоны по методике ГОСТ 16122-87 или рассчитать по формуле:

	pкр	p1	(3.20)
		rmin

где pкр – величина звукового давления, развиваемого речевым сигналом в пределах критической зоны, Па. Уровень звукового давления Nкр в критической зоне может быть найден по формуле:

Nкр	20 lg	pкр	, дБ	(3.21)
		p0

Из рисунка 1 видно, что минимальное расстояние до критической зоны равно:

rmin

h2 l2

(3.22)

Рис 1 – Определение минимального расстояния до критической зоны

4

3.4 Определение необходимого уровня маскирующего шума в критических зонах помещения

Вычислить спектральные уровни речи у поверхности критической зоны (ВКР) для октавных частот: 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц, с учетом минимального расстояния до поверхности критической зоны rmin.

	BКР BР'	20 lg	1	(3.23)
			rmin

где ВР’– спектральный уровень речи на расстоянии 1м от источника звука при значении уровней речи в пределах NТР = 70…74 дБ.

Значения спектрального уровня речи ВР’ для октавных частот приведены в табл. 4 Вычислить спектральные уровни помех ВП, обусловленных акустическими свойствами

защищаемого помещения:

BП BКР LQ LT KС , дБ

(3.24)

где LQ 10lg Q – помеха, обусловленная величиной акустического отношения;

LT 10lgT – помеха, обусловленная величиной времени реверберации в данном помещении; КС – логарифмическая ширина критической полосы слуха.

KС 10lg fОКТ

(3.25)

Критическая полоса слуха – это полоса пропускания слухового резонатора на уровне 3 дБ. Определить спектральные уровни акустических шумов внутри помещения путем

суммирования спектрального уровня помех со спектральными уровнями акустических шумов (по интенсивности):

B	10 lg(100,1BА 100,1BП )	(3.26)
Ш1

Рассчитать суммарный уровень речи и шумов внутри помещения вблизи критической зоны, для чего вначале определить спектральный уровень речи (Bp1) по формуле:

B	10 lg(100,1BКР	100,1BШ1 )	(3.27)
Р1
Тогда
	N
L1 10 lg( 100,1B Р1,К fОКТ,К ),			(3.28)

К 1

где ∆fОКТ – ширина октавной полосы;

К – номер соответствующей октавной полосы; N – число октавных полос.

Определить суммарный уровень речевого сигнала за ограждающей конструкцией снаружи помещения при отсутствии маскирующего зашумления:

L2=L1-R

(3.29)

где R – уровень звукоизоляции ограждающей конструкции, дБ (ориентировочные значения уровней звукоизоляции приведены в таблице 5).

Рассчитать суммарный спектральный уровень шумов, воздействующий на речевой сигнал в точке его приема (вблизи возможного размещения устройства прослушивания):

B	10lg(100,1BШ1 100,1BШ 2 ),	(3.30)
Ш

5

где BШ2 – спектральный уровень шумов вне помещения вблизи возможного размещения устройства прослушивания (в зависимости от физики их образования, см. таблицу 4).

Определить требуемый спектральный уровень маскирующего зашумления из следующих условий:

BШ BР2 X , дБ

(3.31)

Если во всех октавных полосах речевого сигнала это условие выполняется, то маскирующего зашумления не требуется, если же в какой либо октавной полосе

BШ BР2 X , дБ

то маскирующее зашумление должно быть подано на данную ограждающую конструкцию. При этом спектральный уровень подаваемого маскирующего зашумления (ВШМ) в каждой в октавной полосе должен быть:

BШМ BР2 BШ X , дБ

(3.32)

Уровень подаваемого шумового сигнала в этом случае определить по формуле:

N
LШМ 10 lg( 100,1BШМ ,К fОКТ , К ),	(3.33)

К 1

где fОКТ ,К - ширина октавной полосы,

К – номер соответствующей октавной полосы; Т – число октавных полос.

Величину X для соответствующей частоты при расчетах брать из таблицы 1.

Таблица 1 – Зависимость X от частоты

	Частота,	125	250	500	1000	2000	4000	8000
	Гц
	Х, дБ	2	3	5	6	8	10	12

6

Приложение

Таблица 2 – Зависимость коэффициента затухания звука m в воздухе от частоты и влажности

Частота, Гц	Коэффициент затухания m 10-4,м-1			при влажности:
	40%	60%		80%
1000	5	4		3
2000	35	25		20
4000	85	61		50
8000	145	125		110

Таблица 3 – Коэффициенты звукопоглощения некоторых материалов и конструкций

	Материал, объекты и			Октавные частоты
	конструкции
		125	250	500	1000	2000	4000	8000
	Бетон неокрашеный	0,01	0,012	0,016	0,019	0,023	0,035	0,04
	Вентиляционные решетки	0,30	0,42	0,50	0,50	0,50	0,51	0,60
	Двери лакированные	0,03	0,02	0,05	0,04	0,04	0,04	0,04
	Ковер шерстяной по бетону	0,09	0,08	0,21	0,26	0,27	0,27	0,27
	Кресло, деревянное (жесткое)	0,02	0,02	0,02	0,04	0,04	0,03	0,03
	Кресло, обитое бархатом	0,14	0,22	0,31	0,40	0,52	0,60	0,62
	(полумягкое)
	Кресло, обитое кожей и поролоном	0,05	0,09	0,12	0,13	0,15	0,16	0,15
	(мягкое)
	Линолеум на твердой основе	0,02	0,02	0,03	0,03	0,04	0,04	0,05
	Люди (слушатели)	0,33	0,41	0,44	0,46	0,46	0,46	0,47
	Метлахская плитка	0,01	0,01	0,02	0,02	0,02	0,03	0,04
	Мрамор, гранит	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,02	0,02
	Остекление (одинарное)	0,35	0,25	0,18	0,12	0,07	0,04	0,03
	Панель деревянная	0,25	0,15	0,06	0,05	0,04	0,04	0,05
	Плиты гипсовые,
	перфорированные с пористым	0,09	0,26	0,54	0,94	0,67	0,40	0,35
	заполнителем (ОСТ 21-26-76)
	Пол бетонный	0,01	0,01	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02
	Пол деревянный	0,05	0,04	0,03	0,03	0,03	0,03	0,03
	Пол паркетный	0,04	0,04	0,07	0,06	0,06	0,07	0,07
	Слушатель в жестком кресле	0,20	0,25	0,30	0,35	0,35	0,35	0,36
	Слушатель в мягком (полумягком)	0,25	0,30	0,40	0,45	0,45	0,40	0,36
	кресле
	Стена оштукатуренная, окрашенная	0,02	0,02	0,02	0,03	0,04	0,04	0,06
	клеевой краской
	Стена оштукатуренная, окрашенная	0,01	0,01	0,02	0,02	0,02	0,02	0,03
	масляной краской
	Штукатурка сухая (на расстоянии 5	0,30	0,25	0,15	0,08	0,05	0,05	0,08
	см от поверхности)

7

Таблица 4 – Спектральные уровни речевого сигнала (Вр’) и акустических шумов (Ва) и (Вш2) на октавных полосах

	Границы	Средняя	Ширина				Спектральные уровни, дБ
		частота	октавной			Речи,			Шумов, ВА*			Шумов,
	октавы, Гц
		октавы, Гц	полосы, ∆fОКТ, Гц			ВР’	1			2	3	ВШ2
	88,4-176,8	125	88,4			41,5	37			25	45	48
	176,8-353,6	250	176,8			43,5	39			27	47	50
	353,6-707,1	500	353,6			39,5	35			28	42	46
	707,1-1414	1000	707,1			31,5	26,5			17	35,5	40,5
	1414-2828	2000	1414			25	18,5			6,5	25,5	35,5
	2828-5657	4000	2828			17	12,5			1,0	13	31
	5657-11314	8000	5657			9,8	6			5	5	29
		Суммарный уровень Lобщ				70**	65			55	73	77
	Шумы ВШ2 – шумы транспортные или производственного характера.
	* - природа акустических шумов ВА:
	1 - речевые (разговор нескольких человек);
	2 – речевые (приглушенные разговоры);
	3 – речевые (громкие разговоры, выкрики).
	** - на расстоянии 1 м от источника звука.
	Таблица 5 – Ориентировочные		уровни звукоизоляции (R),				обеспечиваемые ограждающими
	конструкциями
	Материал и конструкция				Толщина, мм				Звукоизоляция R, дБ
	Деревянная стена с воздушным промежутком 5 мм				90						12
	Слой войлока (шлаковаты)				100						19
	Дверь										20
	Дверь дубовая				45						27
	Дверь с тамбуром (двойная)										30
	Окно										30
	Окно двойное (стекло по 3 мм), оконный блок										35
	Межкомнатная стена										40
	Межквартирная стена										50
	Шлакоблочная стена				200						56
	Кирпичная стена				520						59

8

Пример расчетной оценки

Исходные данные:

1.Вид защищаемого помещения – кабинет.

2.Размеры помещения:

Площадь – S 7,0 6,0 42м2 ; Объем – V 7,0 6,0 3 126м3 ;

Занятый объем – Vзан = 11 м3

3.Количество присутствующих людей – 15 человек.

4.Описание интерьера:

Окно (двойное остекление) – 7м2.

Дверь (двойная с тамбуром, дубовая) – 1,5 2,5 3,75м2 . Стол для заседаний (дерево) – 1,5 3,5 5,25, м2.

Стол тумбовый (дерево) – 1,0 1,5 1,5м2. Стулья (кресло мягкое) – 15 штук. Стеллаж (дерево) – 3,0 3,0 9м2.

Стены: штукатурка сухая – 31м2, панели деревянные – 18,5м2. Пол (паркет) – 6,0 7,0 42м2.

Потолок (штукатурка сухая) – 6,0 7,0 42м2. Вентиляционная решетка – 0,4 0,4 0,16м2.

Рис 2 – План защищаемого помещения

9

Расчет:

1. Находим оптимальное время реверберации Tопт исходя из свободного объема помещения

V	V V	126 11 115 м3	T 0,3lg115 0,05 0,568 с.
св	зан		опт

2. Для расчета среднего коэффициента поглощения и фактического времени реверберации на октавных частотах для данного помещения составляем таблицу.

Таблица 6 – Расчет среднего коэффициента поглощения и времени реверберации

						Октавные частоты, Гц
	Тип поглотителя	Кол-во		125	250	500	1000	2000	4000	8000
				коэф. звукопоглощения / эквивал. площадь поглощения, м2
				αк/Ак	αк/Ак	αк/Ак	αк/Ак	αк/Ак	αк/Ак	αк/Ак
	Слушатель в мягком	15	-	0,25	0,3	0,4	0,45	0,45	0,4	0,36
	кресле			3,75	4,5	6	6,75	6,75	6	5,4
	Окно (двойное	14	м2	0,35	0,25	0,18	0,12	0,07	0,04	0,03
	остекление)			4,9	3,5	2,52	1,68	0,98	0,56	0,42
	Дверь (двойная с	7,5	м2	0,25	0,15	0,06	0,05	0,04	0,04	0,05
	тамбуром дубовая)			1,875	1,125	0,45	0,375	0,3	0,3	0,375
	Стол для заседаний	5,25	м2	0,25	0,15	0,06	0,05	0,04	0,04	0,05
	(дерево)			1,3125	0,7875	0,315	0,2625	0,21	0,21	0,2625
	Стол тумбовый (дерево)	1,5	м2	0,25	0,15	0,06	0,05	0,04	0,04	0,05
				0,375	0,225	0,09	0,075	0,06	0,06	0,075
	Стеллаж (дерево)	9	м2	0,25	0,15	0,06	0,05	0,04	0,04	0,05
				2,25	1,35	0,54	0,45	0,36	0,36	0,45
	Стены (штукатурка	31	м2	0,3	0,25	0,15	0,08	0,05	0,05	0,08
	сухая)			9,3	7,75	4,65	2,48	1,55	1,55	2,48
	Пол паркетный	42	м2	0,04	0,04	0,07	0,06	0,06	0,07	0,07
				1,68	1,68	2,94	2,52	2,52	2,94	2,94
	Потолок (штукатурка	42	м2	0,3	0,25	0,15	0,08	0,05	0,05	0,08
	сухая)			12,6	10,5	6,3	3,36	2,1	2,1	3,36
	Вентиляционная	0,16	м2	0,3	0,42	0,5	0,5	0,5	0,51	0,6
	решетка			0,048	0,0672	0,08	0,08	0,08	0,0816	0,096
	Деревянные панели	18,5	м2	0,25	0,15	0,06	0,05	0,04	0,04	0,05
				4,625	2,775	1,11	0,925	0,74	0,74	0,925
	Сумма, S	170,9	м2	-	-	-	-	-	-	-
	Афакт	-	м2	42,72	34,26	25,00	18,96	15,65	14,90	16,78
	Средний коэф. погл., αcp	-	-	0,25	0,21	0,16	0,14	0,13	0,12	0,13
	Ревер. коэф. погл.,	-	-	0,29	0,23	0,17	0,15	0,13	0,13	0,14
	Факт. вр. реверб., Т	-	с	0,37	0,48	0,63	0,73	0,79	0,78	0,63
	Отклонение, Т-Топт	-	с	-0,19	-0,09	0,06	0,16	0,22	0,21	0,07
	Отклонение, Т-Топт	-	%	34,0	16,1	11,4	28,0	38,4	36,6	11,5

Примечания:

-по умолчанию, все люди в помещении, при наличии стульев, - сидят, то есть необходимо брать коэффициент звукопоглощения для слушателей в креслах (как в нашем примере), а НЕ отдельно для стульев и отдельно для людей;

-значения Афакт округлены с точностью до 0,01 для удобства расчета;

-значения коэффициентов звукопоглощения находим с точностью до 0,01 (ГОСТ 26417-85);

-знак минус указывает на отклонение от оптимального времени реверберации в меньшую сторону, то есть звукопоглощение на этих частотах лучше, чем необходимо.

10